摘 要：文章介紹了天然氣凈化裝置中常用的幾種流量計(jì)，并根據(jù)各流量計(jì)的原理和使用實(shí)際情況進(jìn)行分析，提出流量計(jì)的選型建議。
前言
流量是天然氣凈化裝置的重要檢測(cè)參數(shù)，正確的流體流量測(cè)量是保證生產(chǎn)過程安全運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為達(dá)到保證天然氣凈化質(zhì)量、節(jié)能減排、提高生產(chǎn)效率的目的，人們?cè)诹髁坑?jì)性能的提高、使用對(duì)象適應(yīng)性增強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)性提高等各方面采取相應(yīng)辦法和措施。本文結(jié)合常用流量計(jì)的設(shè)計(jì)原理和天然氣凈化裝置流量檢測(cè)實(shí)際情況，提出
流量計(jì)的選型建議，供探討交流。
2 常用流量計(jì)類型特點(diǎn)分析
天然氣凈化裝置流體介質(zhì)復(fù)雜多樣，測(cè)量環(huán)境不盡相同，可供選擇的流量計(jì)種類繁多，常用的流量計(jì)主要有孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。
2． 1 孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)是利用流體流動(dòng)過程中在一定條件下動(dòng)能和靜壓能可以相互轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行流量測(cè)量的。孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢靠，性能穩(wěn)定，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉，且應(yīng)用范圍極廣，至今任何一類流量計(jì)無(wú)可與之比擬，液、氣、蒸汽皆可測(cè)量，部分氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用。但由于本身存在壓損較大，范圍度窄( 一般范圍度為 3∶ 1 ～ 4∶ 1) ，測(cè)量的重復(fù)性、準(zhǔn)確度在流量計(jì)中屬中等水平。
2． 2 渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)的工作原理是流體力學(xué)的卡門渦街原理。渦街流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度高( 可達(dá) ± 1% ) ，屬于中上水平; 壓損小，約為孔板流量計(jì)的 1 /2 ～ 1 /4; 測(cè)量范圍度寬，可達(dá)到10∶ 1或 20∶ 1。但它不適于低雷諾數(shù)測(cè)量，一般要求雷諾數(shù)ＲeD≥2 × 104，測(cè)量口徑不宜過大( DN25 ～ 300mm) ，要求流量計(jì)上游有較長(zhǎng)的直管段長(zhǎng)度或裝設(shè)整流器來(lái)保證測(cè)量精度，不能應(yīng)用在干擾強(qiáng)、振動(dòng)大、壓力大的測(cè)量環(huán)境。
2． 3 電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律，將流量測(cè)量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢(shì)測(cè)量。電磁流量計(jì)不受介質(zhì)物理參數(shù)影響，精度高; 無(wú)節(jié)流件，無(wú)附加壓力損失，也不易堵塞; 耐腐蝕、耐磨損、使用壽命長(zhǎng); 測(cè)量范圍度大( 20∶ 1 ～ 40∶ 1) ，且可以任意改變量程; 對(duì)上游直管段要求較低，儀表口徑系列齊全。但是電磁流量計(jì)造價(jià)高，不適用于非導(dǎo)電介質(zhì)和高溫介質(zhì)，且對(duì)環(huán)境的強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾敏感。
2． 4 超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲速的作用來(lái)檢測(cè)流量。超聲波流量計(jì)具有測(cè)量范圍度寬，無(wú)壓力損失等特點(diǎn)。與同樣為非接觸式測(cè)量的電磁流量計(jì)相比，從被測(cè)介質(zhì)、工作狀態(tài)和管徑等各方面看應(yīng)用范圍要更加廣泛，因此特別適用于大管徑大流量的測(cè)量，現(xiàn)有夾裝式超聲波在工藝管道外部安裝，可任意選擇位置移動(dòng)安裝。但超聲波流量計(jì)不適用于高頻振動(dòng)的場(chǎng)合，對(duì)被測(cè)流體的溫度范圍也有限制要求，同時(shí)超聲波流量計(jì)價(jià)格相對(duì)昂貴。常用的流量計(jì)還有渦輪流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和均速管流量計(jì)等，不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。
3 天然氣凈化裝置流量計(jì)選型實(shí)例分析
天然氣凈化裝置主要包括過濾、脫硫、脫水、硫磺回收、尾氣處理和污水處理等單元，根據(jù)以上流量計(jì)的原理及特點(diǎn)，結(jié)合測(cè)量介質(zhì)的特性、操作環(huán)境、安裝條件及投資成本等因素，對(duì)安岳氣田某天然氣凈化廠流量計(jì)選型及應(yīng)用進(jìn)行分析。
3． 1 過濾、脫硫單元的流量檢測(cè)
過濾、脫硫單元中主要測(cè)量介質(zhì)為原料氣、化學(xué)溶液、蒸汽等。如原料氣進(jìn)裝置流量檢測(cè)、吸收塔和閃蒸塔貧胺液流量檢測(cè)、貧胺液循環(huán)泵流量檢測(cè)、閃蒸塔頂閃蒸汽流量檢測(cè)、富胺液至活性炭過濾器流量檢測(cè)等。
進(jìn)裝置的原料氣含有少量的固、液體雜質(zhì)，H2 S 和 CO2 含量較高，有一定腐蝕性。天然氣凈化廠檢測(cè)原料氣常選用
經(jīng)濟(jì)適用的孔板流量計(jì)，但在使用過程中，固液雜質(zhì)容易堆積在孔板的上游，易造成孔板流量計(jì)導(dǎo)壓管堵塞。為了方便后期維護(hù)中定期清洗更換孔板，提高計(jì)量準(zhǔn)確度，過濾脫硫單元原料氣流量檢測(cè)選用高級(jí)閥式孔板節(jié)流裝置的孔板流量計(jì)。高級(jí)閥式孔板節(jié)流裝置帶有孔板升降機(jī)構(gòu)，更換孔板不需停止介質(zhì)輸送，既滿足以往對(duì)經(jīng)濟(jì)適用的要求，同時(shí)方便定期維護(hù)，較好保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度。貧胺液、富胺液等化學(xué)溶液在生產(chǎn)過程中是長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)循環(huán)使用的，溶液中含有部分懸浮物。凈化廠化學(xué)溶液流量測(cè)量常用的流量計(jì)有孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。
安岳氣田某天然氣凈化廠脫硫單元中化學(xué)溶液流量檢測(cè)所在位置的管徑為 DN150 至 DN300 不等，且有部分測(cè)量位置在循環(huán)泵附近。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般的應(yīng)用管徑為 DN50以下，通常進(jìn)行小、微流量測(cè)量，且安裝在振動(dòng)較大的地方，傳動(dòng)部件容易松動(dòng)。超聲流量計(jì)同樣不適宜安裝在振動(dòng)較大的地方，且超聲流量計(jì)雖然精度高，但價(jià)格昂貴。根據(jù)各流量計(jì)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)適用綜合考慮，選擇法蘭取壓孔板節(jié)流裝置的流量計(jì)。見圖 1 為吸收塔貧胺液流量檢測(cè)用的孔板流量計(jì)。
蒸汽計(jì)量一般選擇孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)，因?yàn)檎羝麥y(cè)量為質(zhì)量測(cè)量，所以蒸汽密度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響，在進(jìn)行計(jì)量時(shí)，需考慮流體工況變化引起的密度變化�？装辶髁坑�(jì)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，基本采用固定值計(jì)算，測(cè)量結(jié)果誤差大，且本單元蒸汽溫度可達(dá)到 155℃，長(zhǎng)時(shí)間的高溫測(cè)量過程，易使孔板發(fā)生變形，同樣產(chǎn)生較大測(cè)量誤差。根據(jù)本單元蒸汽工藝條件，低壓蒸汽雷諾數(shù) ＲeD 為 917115，閃蒸汽雷諾數(shù) ＲeD 為 41835，測(cè)量口徑分別為DN300 和 DN80，滿足渦街流量計(jì)雷諾數(shù) ＲeD≥2 × 104 和口徑大小的要求，且根據(jù)渦街流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)算公式:
其中 qm 為質(zhì)量流量，d 為旋渦發(fā)生體迎流面寬度，D 為表體通徑， f 為旋渦頻率，St 為斯特勞哈爾數(shù)，ρ 為流體密度。
可知，流體的密度變化直接影響計(jì)量結(jié)果，為了降低密度變化的影響，選擇帶溫度壓力修正的渦街流量計(jì)。
3． 2 脫水單元的流量檢測(cè)
脫水單元中主要測(cè)量介質(zhì)為產(chǎn)品氣、化學(xué)溶液等。如產(chǎn)品氣流量檢測(cè)、TEG 貧液至吸收塔流量檢測(cè)等。原料氣經(jīng)過脫硫脫水后形成的產(chǎn)品氣基本不含雜質(zhì)，腐蝕性也明顯降低�？晒┻x擇的流量計(jì)為孔板流量計(jì)、超聲波流量計(jì)或渦輪流量計(jì)。本單元產(chǎn)品氣屬于裝置內(nèi)部測(cè)量，要求精度不高，所采用高級(jí)閥式孔板流量計(jì)進(jìn)行流量檢測(cè)。如果產(chǎn)品氣用于貿(mào)易、交接計(jì)量，在大管徑進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，可以選擇計(jì)量準(zhǔn)確度高的超聲波流量計(jì)。
超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍大，體積流量不受介質(zhì)物理參數(shù)的影響，不存在磨損、示值漂移等現(xiàn)象，其準(zhǔn)確度可達(dá)到 ± 0． 5% ，且可以長(zhǎng)期保持較高的精度，屬于免維護(hù)系列，但一次性投資較高。也可以選擇
渦輪流量計(jì)用于貿(mào)易、交接計(jì)量，渦輪流量計(jì)在所有流量計(jì)儀表中準(zhǔn)確度很高，在國(guó)際市場(chǎng)，氣體準(zhǔn)確度為± 0． 5% ，± 1% ，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，氣體準(zhǔn)確度為 ± 1% ，± 1． 5% 。選用渦輪流量計(jì)主要看中的是其高準(zhǔn)確度，所以保持高準(zhǔn)確度一般要求流體清潔度高，必要時(shí)，進(jìn)行溫壓補(bǔ)償、粘度補(bǔ)償、雷諾數(shù)補(bǔ)償?shù)却胧?/div>
TEG 貧液的流量檢測(cè)根據(jù)化學(xué)溶液的特點(diǎn)仍選擇孔板流量計(jì)。
3． 3 硫磺回收單元的流量檢測(cè)
硫磺回收單元中主要有燃料氣流量檢測(cè)、燃燒爐空氣流量檢測(cè)、酸氣流量檢測(cè)等。
單元中燃料氣主要來(lái)源于部分產(chǎn)品氣、脫硫及脫水單元的閃蒸氣，含 H2 S 和 CO2很少，介質(zhì)情況較好�？紤]使用的
流量計(jì)有孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)和
旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。本單元中較大管徑( DN≥50mm) 的流量測(cè)量選擇孔板流量計(jì)，其余小管徑一般選擇渦街流量計(jì)和旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。根據(jù)渦街流量計(jì)的工作原理，在流體流速較高時(shí)產(chǎn)生旋渦，當(dāng)流速較低時(shí)，計(jì)量效果就會(huì)打折扣，計(jì)量誤差會(huì)增大，所以在流體流速低的工況下，我們選擇旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，流量計(jì)內(nèi)部帶有溫度壓力傳感器，可對(duì)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度、壓力補(bǔ)償，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。
酸性氣體含有高濃度的 H2 S 和 CO2，帶有一定水汽及雜質(zhì)，具有較強(qiáng)腐蝕性，其中的 H2 S 是一種劇毒氣體。在選
擇酸性氣體的流量測(cè)量上，一般選擇孔板流量計(jì)和均速管流量計(jì)。但均速管流量計(jì)的準(zhǔn)確度一般為 ± 2% ～ ± 5% ，且均速管用于大口徑測(cè)量，缺乏相應(yīng)口徑的大口徑校驗(yàn)裝置，即使具備校驗(yàn)設(shè)備條件，逐臺(tái)校準(zhǔn)，則失去價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。只有應(yīng)用口徑達(dá)到某一數(shù)值( 一般為 DN800mm) 時(shí)，儀表流量系數(shù)趨于一致，才能滿足抽取某一口徑取得的系數(shù)，其余口徑可 參 照 使 用。而檢測(cè)酸氣的管道尺寸為 DN500 和DN600，上述條件不滿足，所以選擇抗硫材質(zhì)的孔板流量計(jì)。
3． 4 尾氣處理單元的流量檢測(cè)
尾氣處理單元中需要進(jìn)行稀酸流量檢測(cè)、貧液流量檢測(cè)、富胺液流量檢測(cè)、回流液流量檢測(cè)、飽和煙氣流量檢測(cè)、空氣/燃料氣進(jìn)焚燒爐流量測(cè)量等。
以上液體流量檢測(cè)中的介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，其中腐蝕性介質(zhì)組分中含有 SO2、H2 SO4、CO2 等，在選擇此類介質(zhì)的流量檢測(cè)儀表時(shí)，考慮選用非接觸式流量計(jì)。尾氣單元介質(zhì)固體顆粒很少，污染物少，減少了固體顆粒對(duì)傳感器內(nèi)襯及電極的磨蝕和對(duì)電極的污染，降低維護(hù)成本，同時(shí)尾氣裝置中介質(zhì)導(dǎo)電率、密度、動(dòng)力粘度滿足測(cè)量條件，測(cè)量環(huán)境電磁干擾小，決定采用襯里、電極為抗硫材質(zhì)的電磁流量計(jì)。飽和煙氣為具有 腐 蝕 性 氣 體，且測(cè)量位置的管徑為DN1000mm，滿足均速管流量計(jì)大管徑測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，且均速管流量計(jì)yongjiu壓力損失僅為標(biāo)準(zhǔn)孔板的 5% 以下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)比較方便，所以飽和煙氣流量測(cè)量選擇抗硫材質(zhì)為 UNS S31254 的均速管流量計(jì)。
3． 5 污水處理單元的流量檢測(cè)
根據(jù)水的潔凈程度、測(cè)量精度等工況及測(cè)量條件的不同，可以選擇的流量測(cè)量?jī)x表有孔板流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。若水的潔凈程度較好，測(cè)量管口徑小，可以采用電磁流量計(jì)，其測(cè)量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度等，無(wú)壓力損失，測(cè)量范圍大。若測(cè)量管口徑較大? 選擇超聲流量計(jì)比較理想。污水流量測(cè)量選擇電磁流量計(jì)比較合適，水質(zhì)較好也可選用孔板流量計(jì)。
安岳氣田某天然氣凈化廠污水處理單元的生產(chǎn)廢水、淡 水、檢修污水、生產(chǎn)生活污水中含有 H2 S、CO2 等腐蝕性物質(zhì)，所以針對(duì)腐蝕性物質(zhì)對(duì)孔板流量計(jì)孔板的腐蝕、部分小口徑管線對(duì)渦街流量計(jì)限制以及超聲流量計(jì)價(jià)格昂貴等問題，選擇非接觸式的電磁流量計(jì)。
4 流量計(jì)選型原則總結(jié)
根據(jù)以上各個(gè)處理單元流量計(jì)選型分析情況，在選擇流量計(jì)時(shí)，要從多個(gè)方面進(jìn)行考慮: ( 1) 儀表性能，準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、測(cè)量范圍、壓損等; ( 2) 流體特性，要考慮被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘 度、腐蝕性、電導(dǎo)率、氣體壓縮系數(shù)等; ( 3) 安裝條件，管道布置方向、上下游管道長(zhǎng)度、管道口徑、管道振動(dòng)等; ( 4) 環(huán)境條件，環(huán)境溫度、電磁干擾、維護(hù)空間等; ( 5) 經(jīng)濟(jì)因素，購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維修費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)等。
根據(jù)上述分析，對(duì)天然氣凈化裝置流量計(jì)選型進(jìn)行如下整理，見表 1。
本文只是將各類流量計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行大致整理，實(shí)際上流量計(jì)選型是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，要綜合考慮流體性能、儀表特性、安裝和環(huán)境條件以及經(jīng)濟(jì)適用等各方面，才能選擇出測(cè)量技術(shù)非常適宜、運(yùn)行非�？煽客瑫r(shí)經(jīng)濟(jì)性非常高的流量計(jì)。
